Entwurf, Auslegung und Betriebsverhalten von dauermagneterregten bürstenlosen Motoren kleiner Leistung

摘要

Die vorliegende Arbeit befasst sich mit dauermagneterregten bürstenlosen Motoren in Innenläuferausführung, die mit oberflächenmontierten Magneten und Einzelzahnbewicklung versehen sind.Für dreisträngige Motoren werden die mit Einzelzahnbewicklung in Abhängigkeit von Nut- und Polzahlen erreichbaren Wicklungsfaktoren untersucht und es wird vorgestellt, wie sich auf Basis der Lochzahl die entstehenden Wicklungen systematisieren lassen. In diesem Zusammenhang werden auch ausführliche Betrachtungen zum Auftreten von radialen Zugkräften angestellt.Neben den für Elektronikmotoren stets gestellten Anforderungen, wie z.B. hohe Lebensdauern, Leistungsdichten und Wirkungsgraden sowie gute Regelbarkeit und Zuverlässigkeit, ist oft die Entwicklung eines schwingungsarmen Drehmoments erwünscht. Deshalb spielen Qualitätsfaktoren, wie Nutrastmomente (Drehmoment bei stromlosem Anker) oder stellungsabhängige Drehmomente (Drehmoment bei bestromtem Anker), eine wichtige Rolle. Diese werden im Rahmen der Arbeit in Abhängigkeit von den Nut- und Polzahlen, Geometrieparametern und Fertigungstoleranzen untersucht und es werden Verfahren vorgestellt, mit denen stellungsabhängige Drehmomente unterdrückt werden können.Ein Schwerpunkt der Arbeit ist die Entwicklung eines Programms zum Entwurf von Elektronikmotoren. Das Programmpaket besteht aus vier Modulen: Berechnung des stationären magnetischen Feldes (I. Modul), Wicklungsberechnung (II. Modul), Untersuchung des dynamischen Verhaltens (III. Modul) und Nachrechnung bzw. Überprüfung mit einem FEM Programm (IV. Modul). Damit ist der Motorentwurf unter Berücksichtigung aller vorgegebenen Randbedingungen und gestellten Anforderungen möglich. Die Treffsicherheit des Verfahrens wird durch statische und dynamische Untersuchungen an zwei unterschiedlichen Motoren, einer 12-nutigen, 8-poligen mit Einschichtwicklung und einer 9-nutigen, 8-poligen mit Zweischichtwicklung nachgewiesen.